伺服阀力矩马达衔铁组件的振动特性分析

　　伺服阀作为液压伺服系统的重要元件,其工作特性对液压伺服系统的性能具有十分重要的影响.力矩马达是伺服阀的电-机械转换部件,用于驱动伺服阀前置级的挡板或射流管动作[1-3].由于力矩马达结构参数设计不合理或力矩马达设计参数与伺服阀前置级和主阀结构参数匹配不合理时,往往会导致伺服阀非线性的增加、工作不稳定、出现自激噪声等现象,因此作为驱动部件,力矩马达工作特性的改善是保证伺服阀正常工作和性能提高的关键之一.

　　自激噪声是伺服阀在工作过程中产生的一种高频啸叫,自激噪声的存在不仅是一种噪声污染,而且会导致液压伺服阀性能变差,甚至失去稳定性.伺服阀非线性、力矩马达的受迫振动、伺服阀前置级流场的流动不稳定性、剪切层振荡等因素都可能导致伺服阀产生自激噪声[4-6].可见,对伺服阀力矩马达的振动特性进行研究对揭示伺服阀自激噪声的产生机理具有重要的意义.本文通过对伺服阀力矩马达中的衔铁组件进行有限元建模及模态分析,求得其主振型及固有频率,从而研究伺服阀力矩马达的振动特性。

　　1　结构及工作原理

　　射流管伺服阀主要由力矩马达、射流前置级、阀体、阀芯及反馈装置等组成,射流管伺服阀的结构原理如图1所示.

　　射流管液压放大器包括力矩马达衔铁和射流管组件以及接收器组件,其中力矩马达衔铁和射流管组件由弹簧管、衔铁、射流管、反馈杆、射流嘴等元件组成,接收器组件由接收器和底座组成,如图2所示.

　　当给力矩马达一个控制电流时,衔铁转动角θ使射流口偏离中间位置一个位移x,两个接收口便形成压力差,使阀芯产生向右运动的趋势.同时,反馈杆产生变形,变形产生的弹簧力使阀芯有向左运动的趋势.由于液体压力较大,故阀芯在压力差作用下带动反馈杆端点向右移动.当阀芯向右运动时,由于反馈杆变形增大,反馈杆弹簧力增大,导致射流管偏转角θ减小,进而两个接收口产生的压差减小.当作用在阀芯上的反馈杆弹簧力与液体压差驱动力以及流过阀口的液动力达到平衡时,阀芯就稳定在某一个开口上[7].这样,通过控制线圈电流即可控制主阀口流量.

　　2　衔铁组件模态分析数学模型

　　为了能更好地进行理论分析,必须建立能够真正反映振动系统实际情况的动力学模型和对应的数学模型,这是模态分析的基础[8-9].模型建立的正确与否,将影响到分析的结果.根据数学模型求解系统的特征值和特征向量(固有频率和主振型),弹性体的动力学方程为

　　式中:M为整体质量矩阵,C为整体阻尼矩阵,K为整体刚度矩阵,δ为整体节点位移矩阵,δ·为速度列阵,δ··为加速度列阵,F为载荷列阵.